涡轮增压内冷却磨削液施加新原理研究

在高速及超高速磨削过程中，磨削液在高速气障和强大离心力的作用下，很难进入磨削区对磨削表面和砂轮进行冷却和润滑，从而极易导致磨削热损伤的出现，限制了磨削效率和质量的提高。本项目以解决高速及超高速磨削过程中磨削液供给困难、利用率较低、供给系统复杂且耗能较大等问题为出发点，结合轴流涡轮增压结构和分瓣砂轮冷却原理，通过理论分析和数值模拟仿真砂轮内部磨削液的在高速及超高速条件下的运动过程，在深入研究涡轮增压内冷却的机理和内冷却流量、压力与磨削冷却效果的量化关系的基础上，建立利用主轴旋转为动力的涡轮增压内冷却新原理，推动高速及超高速磨削技术在曲面加工领域内的广泛应用。.通过提出和建立涡轮增压内冷却磨削液施加新原理，达到提高磨削液冷却效率、大幅提高高速及超高速磨削的效率、减少高压大流量磨削液施加时能源损耗等目的，并为复杂曲面高速及超高速磨削条件下科学施加磨削液、提高磨削液的利用率提供新的原理和方法。

针对高速磨削加工中磨削液难以进入磨削区对磨削表面和砂轮进行冷却和润滑的问题，本项目结合轴流涡轮增压结构和分瓣砂轮冷却原理，通过理论分析和有限元数值模拟仿真砂轮内部磨削液的在高速及超高速条件下的运动过程，在深入研究涡轮增压内冷却的机理和内冷却流量、压力与磨削冷却效果的量化关系的基础上，建立利用主轴旋转为动力的涡轮增压内冷却新原理，能够使磨削液能够在砂轮高速旋转的情况下，顺利的进入磨削区对磨削表面进行冷却和润滑。同时，因为涡轮增压和雾化的作用，提高了磨削液的冷却效果，推动高速及超高速磨削技术在曲面加工领域内的广泛应用。在以上研究的基础才，结合基于三角形热源模型得到的磨削弧区表面温度分布，提出了液滴撞击磨削热表面时的最大换热条件为液滴在磨削弧区温度峰值点处在最大扩散状态。依据此条件，在具有涡轮增压内冷却效果的砂轮上设计了微槽结构，实现雾滴的最大换热效果。通过涡轮增压内冷分块砂轮的磨削温度随磨削液供给流量变化实验，提出了涡轮增压最小冷却液流量的概念，证明了冷却液的施加量存在一个临界值。同时，并将纳米润滑冷却机理与涡轮增压内冷却相结合，提高了砂轮的磨削性能和形状保持性，进一步提高了涡轮增压喷雾砂轮的工程应用价值。